外高多層分叉重疊式剛撓結合板開發(fā)

吳傳亮 黃德業(yè) 任代學（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510730）

外高多層分叉重疊式剛撓結合板開發(fā)

Paper Code: S-020

吳傳亮 黃德業(yè) 任代學
（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510730）

本文講述了高多層分叉重疊式結構剛撓結合板在制作過程中所遇到的難題和對應的解決辦法,以十六層分叉重疊式結構剛撓結合板的制作為范例,突出了前期策劃和制作過程中的難點及控制技巧,為同行各企業(yè)提高生產(chǎn)高多層剛撓結合板的技術水平起到拋磚引玉的作用。

剛撓結合板 高多層重疊交叉式結構

剛撓結合板融合了撓性板與剛性板的優(yōu)點與一身，可撓曲，簡化3D立體組裝。近幾年來，受到智能手機和平板電腦的市場推動，剛撓結合板產(chǎn)量增長速度非?？?。隨著終端產(chǎn)品的設計要求，剛撓結合板產(chǎn)品結構在不斷變化，加工難度越來越大，很多線路板生產(chǎn)廠家只能制作較簡單的剛撓結合板，對一些結構復雜，層數(shù)較高的剛撓結合板只能望洋興嘆。本文以一個十六層剛撓板為例，重點講述了高多層分叉重疊式結構剛撓板的制作方法，希望對業(yè)界同仁有所幫助。

1 技術難點研究

1.1 樣品技術指標

以十六層分叉重疊式剛撓結合板為例，板厚為（2.0±0.1）mm，CS-L1與L14-SS為剛性層，共四層，使用生益S1000-2剛性材料；L2-L3、L4-L5、L6-L7、L8-L9、L10-L11、L12-L13為撓性層，共12層，使用杜邦PI（聚酰亞胺）AP8535材料；剛撓板區(qū)域有阻抗控制要求；內(nèi)外層最小線寬99.06 μm，最小間距114.3 μm；板子圖形設計左端十六層壓合在一起，通過孔連通每層。右端從左端伸出六個分支，每個分支即為一個獨立的撓性區(qū)域，每個撓性芯板對應其余層次銑空不連接，且分支頂端為一單獨的剛性段，剛性段上有插件孔；每層撓性層從左端剛性段分叉重疊式伸出，外形尺寸均不一致，如下圖所示：

圖1 十六層分叉重疊式剛撓板示意圖

1.2 疊層

外層為上下雙面剛性板，中間六張撓性芯板共十二層撓性板，外層為0.1mm剛性芯板，芯板厚度較薄。撓性芯板使用杜邦AP8535R板材、使用FHT1035L覆蓋膜，中間使用106+1080騰輝不流動半固化片壓合。如下圖：

圖2 十六層分叉重疊式剛撓板疊層圖

1.3 設計與制作難點

（1）外形設計復雜，為分叉重疊區(qū)域剛撓結合板；

（2）十六層剛撓結合板，層數(shù)較高，難制作；

2 工程設計方案

2.1 撓性板外形實現(xiàn)方法

為避免造成交叉重疊處壓合后成品時無法成型，在每一張撓性芯板在做完線路壓合之前先把重疊區(qū)域的外形用激光銑出，且在另外不相連的剛性段分支也先用激光銑斷（單邊比外形大2mm）。如下圖示：以U1頭為例，紅色線條為提前成型區(qū)域。

圖3 分叉重疊處層壓前先外形示意圖

2.2 剛撓板高層數(shù)相應設計方法

剛撓結合板層數(shù)、尤其是撓性層數(shù)較高板件制作的主要難點有：

（1）因撓性材料吸水率高、易變形的特性，高多層剛撓板各層的漲縮難控制，壓合后生產(chǎn)至成品時易出現(xiàn)內(nèi)短現(xiàn)象；

（2）純撓性區(qū)域PP開窗，壓合后CS-SS做圖形時純撓性區(qū)與剛性區(qū)厚度不一致，易導致?lián)闲詤^(qū)及剛撓結合區(qū)貼膜不穩(wěn)，出現(xiàn)開路或滲鍍現(xiàn)象；

（3）剛性段與純撓性段相交的剛撓結合處因高低落差，易產(chǎn)生分層異常。

針對以上易導致的問題，解決措施如下：

漲縮控制方法：撓性層全部做完流程待壓合之前使用二次元測量的方式計算漲縮值，取平均值后根據(jù)平均值再下剛性層生產(chǎn)，使得撓性層漲縮與剛性層一致，以達到解決漲縮不匹配的問題。本次主要集中在改善貼膜不穩(wěn)及分層問題，初始設計如下：

（1）PP開窗設計：106P片內(nèi)縮1 mm、1080P片內(nèi)縮0.4 mm、PP開窗按照圖示設計，目的是改善結合處凹陷導致靠近槽邊的孔容易分層問題，如下圖：

圖4 孔距邊示意圖

（2）為減小撓性區(qū)域與剛撓結合區(qū)落差，撓性層基材區(qū)鋪大銅皮增加厚度，設導氣槽，用于撓性區(qū)域壓合時排氣；在6個分支處，頭部與工藝邊邊框連接一端，掏出3mm的基材區(qū)，避免重疊后比剛撓段厚而失壓，如下圖：

圖5 工藝邊框掏銅圖

（3）6個分支各層撓性層線路設計：如U1位置，除L2-L3層撓性層有布線外，其它撓性層均為基材，導致層壓疊層厚度偏薄，因此在其它各層撓性內(nèi)層鋪銅處理，在插件孔位置掏出基材圈，基材圈大小：單邊比插件孔大0.30 mm（即0.30 mm隔離環(huán)）。

（4）覆蓋膜局部貼：即每層只在有線路的區(qū)域貼覆蓋膜；16層整體剛撓區(qū)，覆蓋膜伸入1mm，橫向擴大到整個剛撓結合段，見圖片紅色線；注意把過孔改到覆蓋膜的地方，在覆蓋膜上面掏空。如下圖：

（5）為方便銑出外形后各工序的生產(chǎn)及過程運輸，以及客戶端的焊接，建議客戶增加10mm寬工藝邊，用郵票孔與板連接。如下圖：

2.3 工藝流程設計

圖6 覆蓋膜條貼圖

圖7 外形加邊框圖

撓性芯板：開料-內(nèi)光-AOI-黑化-配套中心-嫁接覆蓋膜-快壓-沖孔（沖鉚合孔）-激光銑邊-配套中心（層壓）-黑化

CS-SS：層壓-鉆孔-沉銅板鍍（沉銅前等離子）-外光-鍍銅錫-堿性蝕刻-AOI-沖孔（沖3.175 mm排氣孔）- 貼膠帶-印阻焊-阻焊成像（阻焊檢驗備注撕膠帶）-沉鎳金（沉鎳金工步備注貼膠帶封排氣孔；沉鎳金檢驗備注撕膠帶）字符-銑邊-激光開蓋-激光銑邊-測試-終檢.

以上流程相比于普通剛撓結合板流程的區(qū)別在于：（1）阻焊烘板與沉鎳金需要貼膠帶與撕膠帶流程，主要為封住排氣孔；（2）先銑邊后激光開蓋，也是為了避免分層的問題，銑邊后開蓋更容易操作。

3 制作過程異常及處理方法

跟進過程中主要發(fā)現(xiàn)有三個問題，如下：

4 結論

通過驗證，將高多層交叉重疊式剛撓結合板關鍵制作方法總結如下：

（1）漲縮控制，選擇行業(yè)內(nèi)較好的材料，以利于減少板材漲縮，撓性層圖像做完后利用二次元測量漲縮值，根據(jù)實際值求平均值給剛性層預漲縮，出漲縮菲林生產(chǎn)剛性層，以達到剛性層與撓性層漲縮基本一致后再剛性層與撓性層一起層壓為剛撓板；（2）外形實現(xiàn)：高多層交叉重疊式剛撓結合板制作外形時，交叉重疊處撓性層外形需要在未壓合之前撓性層做完線路后實現(xiàn)，以避免后續(xù)壓合后成品前外形無法制作，撓性層外形為避免毛刺問題，采用激光制作，成型后需用高溫膠紙貼住撓性層，以免層壓前處理棕化時折板；（3）分層異常解決：

① 減小PP開窗量，采用兩張PP組合疊層，兩張PP交叉開窗，以達到充分填膠的目的；

② 減小覆蓋膜開窗，覆蓋膜延伸板內(nèi)由1.0 mm更改為0.5 mm，使覆蓋膜與不流動PP接觸面積減小，避免PP與覆蓋膜接觸區(qū)域結合力差等問題；

③ 采用層壓前排氣孔加層壓后排氣孔工藝，壓合前剛撓板在剛性層、撓性層、PP片之間鉆排氣孔，方便壓合時純撓性PP鑼空區(qū)域排氣。壓合后采用沖靶孔的方式在純撓性廢料區(qū)域沖3.175 mm排氣孔，避免因氣體無法排出導致分層異常。

序號 問題點 原因分析 處理方案 缺陷附圖1 撓性層數(shù)多,且區(qū)域較大,每層的覆蓋膜為局部貼,壓合時撓性區(qū)與剛性區(qū)的高度差接近0.6mm。CS-SS外光成像時撓性段槽內(nèi)飛膜每層的覆蓋膜局部貼更改為整個PP開窗的區(qū)域貼,保留剛撓性區(qū)域剛性層上銅皮,且在剛性層上貼兩張0.12mm的PI高溫膠帶以增加純撓性區(qū)域的高度。更改后未發(fā)現(xiàn)掉膜的問題。2 剛撓結合區(qū)分層剛性芯板較薄,容易分層；覆蓋膜伸進去剛撓結合區(qū)過大有1.0mm,黑化后與PP結合力差,容易分層；激光開蓋操作時用力過猛容易分層?？s小覆蓋膜伸進剛性區(qū)的量,更改為0.5mm。更改后未發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象。3 金面污染撓性區(qū)域剛性板蓋子開裂,藏水,導致沉鎳金時或沉鎳金后污染金面。開裂的原因為層壓后分層,烘板導致分層,受外力(如沉鎳金壓膠機)分層重新制作跟進一批板,從外層蝕刻檢驗至沉鎳金跟進。確認外層蝕刻檢驗無分層,過程主要控制阻焊后烘前撕膠帶、沉鎳金前貼膠帶后不過壓膠機,跟進過程中未發(fā)現(xiàn)問題。

圖8 覆蓋膜前后設計對比圖

④ 在6個分支處，頭部與工藝邊邊框連接一端，掏出3 mm的基材區(qū)，避免重疊后比剛撓段厚而失壓。

（4）外層剛撓結合區(qū)域邊緣掉膜問題解決：純撓性區(qū)域剛性層上靠近撓性區(qū)域面留銅，覆蓋膜由條貼改為整板貼覆蓋膜，并且采用一種0.12 mm的新型高溫膠帶貼在純撓性區(qū)域剛性層上用以填充純撓性區(qū)域的總體厚度，避免因PP開窗導致落差過大造成線路制作時貼膜不穩(wěn)，掉膜現(xiàn)象。

吳傳亮，研發(fā)工程師，主要從事剛撓板及撓性板的開發(fā)。

Development of rigid-flex PCB with high layers, bifurcated, overlapping structure

WU Chuan-liang HUANG De-ye REN Dai-xue

This article describes the process difficulties and corresponding solutions of rigid-flex PCB with high layers, bifurcated, overlapping structure. The 16 layers, bifurcated, overlapping rigid-flex PCB is as an example. The article emphasizes the pre-planning, process difficulties and control methods. Hope this article can throw light on the further research to improve the technology level of fabricating the high layers rigid-flex PCB for peer companies.

Rigid-Flex PCB; High Layers; Bifurcated; Overlapping Structure

TN41

A

1009-0096（2015）03-0155-05